薄壁圆管小弯曲半径数控绕弯成形工艺研究

摘要

铝合金小弯曲半径薄壁弯管具有强度高、质量轻、易节省空间等特点，在航空、航天、汽车等领域被广泛应用。数控绕弯是管材弯曲成形的主要加工方法之一，由于数控绕弯成形是一个多模具约束、多重非线性作用的复杂物理过程，管材在成形过程中容易出现壁厚减薄而引起拉裂、截面畸变和失稳起皱等缺陷，严重影响弯管的成形质量。因此，本文结合理论解析和弯曲成形实验，主要对薄壁管绕弯成形过程应力应变变化、壁厚变化和截面畸变等主要问题进行了研究，系统地研究成形参数对管材弯曲成形质量的影响规律。主要研究内容和结果如下：
　　通过拉伸试验获得了LF2M铝合金薄壁圆管试样的基本材料力学性能，建立了材料的本构方程。根据管材数控绕弯成形原理，基于 DYNAFORM有限元分析软件，建立了薄壁管小弯曲半径数控绕弯成形三维有限元模型，并通过实验验证了模型的可靠性。
　　采用所建立的可靠有限元模型，对比分析了管材尾部有、无顶推装置下绕弯成形过程切向应力及等效应变的分布规律,并分析了成形过程中拉伸变形区切向应力、应变随弯曲进程的变化规律。研究发现随着弯曲过程的进行，管材塑性变形区处于弯曲切点附近，其大小和位置变化较小,管材在0°—30°弯曲角度容易拉裂，为研究成形参数对薄壁管绕弯成形壁厚变化和截面畸变的影响规律提供了依据。
　　通过模拟和实验结果对比分析，单因素的研究了成形参数对薄壁管绕弯成形质量的影响规律。结果表明：LF2M铝合金比1Cr18Ni9Ti不锈钢管材壁厚减薄和畸变更严重；减小管径厚度比 D/t、芯棒伸出量、芯头个数、芯头间距、增大管材与弯曲间隙、管材与压块摩擦有助于降低外侧壁厚减薄率，增大芯棒伸出量、管材与芯棒间隙和减小管材与弯曲模间隙会降低截面畸变程度；管材与弯曲模间隙和管材与弯曲模摩擦对管材壁厚的变化影响不显著。
　　通过正交试验法，对比分析了工艺参数对管材绕弯成形质量影响，排列了各工艺参数对成形质量影响的强弱顺序。发现芯棒伸出量对管材外侧壁厚减薄和截面畸变影响最显著，而芯轴/管坯间隙对弯管内侧壁厚增厚率最显著。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1引言

1.2管材弯曲成形主要方法

1.3国内外研究现状

1.4选题背景及意义

1.5主要研究内容

第2章薄壁圆管弯曲成形理论分析与有限元模型的建立

2.1引言

2.2管材弯曲变形特点

2.3管材绕弯成形主要质量缺陷

2.4弯曲变形壁厚变化及截面畸变

2.5管材基本力学性能研究

2.6数控绕弯成形有限元模型的建立

2.7薄壁圆管绕弯成形试验

2.8模型可靠性验证

2.9本章小结

第3章薄壁管数控绕弯成形过程分析

3.1引言

3.2典型过程模拟

3.3绕弯成形过程切向应力分析

3.4绕弯成形过程等效应变分析

3.5管材绕弯成形过程拉伸变形区变形规律

3.6管材绕弯成形过程环截面应变分析

3.7本章小结

第4章参数对薄壁管绕弯成形质量的影响

4.1引言

4.2材料参数的影响

4.3几何参数对壁厚减薄与截面畸变的影响

4.4芯轴对壁厚减薄与截面畸变的影响

4.5模具间隙对壁厚减薄与截面畸变的影响

4.6管材与模具摩擦对壁厚变化的影响

4.7本章小结

第5章薄壁管绕弯成形影响因素的显著性分析

5.1引言

5.2正交试验设计

5.3正交试验数据分析

5.4本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢

声明